(57)【要約】      （修正有）【課題】理想的な高耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の半導体リレーを提供する。【解決手段】入力素子に発光ダイオード１１を備えるとともに出力素子に二つのトランジスタ１２，１３を備える半導体リレー１０であって、前記二つのトランジスタが、相違する耐電圧及び／又は相違する電気容量を有する。また、一方の前記トランジスタ１２が、他方の前記トランジスタ１３より、高耐電圧及び／高電気容量である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力素子に発光ダイオードを備えるとともに出力素子に二つのトランジスタを備える半導体リレーであって、
前記二つのトランジスタが、相違する耐電圧及び／又は相違する電気容量を有することを特徴とする半導体リレー。
【請求項２】
一方の前記トランジスタが、他方の前記トランジスタより、高耐電圧及び／又は高電気容量であることを特徴とする請求項１記載の半導体リレー。
【請求項３】
基準電位又は基準電位に近い電位に接続されるドレインを有する他方のトランジスタと、
前記基準電位又は前記基準電位に近い電位よりも高い電位に接続されるドレインを有する一方のトランジスタを備えてなる請求項１又は２に記載の半導体リレー。
【請求項４】
被測定物の電気的特性を測定するための測定装置であって、
前記被測定物に電力を供給する電源手段と、
前記被測定物の電気的特性を検出する検出手段と、
前記電源手段の供給する電力値と前記検出手段が検出する検出値を用いて、前記被測定物の電気的特性を算出する算出手段と、
前記被測定物の一端と、前記電源手段の上流側端子を接続する第一接続端子と、
前記被測定物の他端と、前記検出手段の上流側端子を接続する第二接続端子とを有し、
前記第二接続端子が、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載される半導体リレーであることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体リレー及びこの半導体リレーを使用する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体リレーとは、リレー（継電器）と同じ機能を半導体装置によって製造された電気・電子素子であり、近年に至り、入力信号として光信号を用いた半導体リレーが多数提案されている。
光信号を用いた半導体リレーには、例えば、フォトモスリレー（登録商標）と呼ばれる、チップ上にLEDとMOSFETを集積した小型のパッケージで形成されるものが開発されており、入力素子にLED（発光ダイオード）を採用するとともに出力素子にMOSFET（MOS電界トランジスタ）を採用するものがある。
【０００３】
例えば、図４には、光信号を用いる半導体リレー１００の一実施例を示しており、入力素子にLED１０１を用い、二つのMOSFET１０２，１０３を用いて形成されている。このような実施形態の動作は、入力端子の信号電流が入力素子であるLED１０１に流れると、まず、LED１０１が発光する。このLED１０１の発光を光電素子（図示せず）が受光することで電圧が生じることになる。この電圧によりMOSFET１０２，１０３のゲート容量が充電されて、ゲート・ソース間の電圧を高くなり、MOSFET１０２，１０３が導通することになる。
また、入力端子の信号電流が止まると、LED１０１の発光が止む。このとき、光電素子は光を受光しなくなるので電圧が下がり、MOSFET１０２，１０３の充電されていたゲート容量が放電されることになり、ゲート・ソース間の電圧がすみやかに下がることになる。そして、MOSFET１０２，１０３の導通が遮断される。
【０００４】
このような半導体リレーを用いた発明として、例えば、特許文献１に開示される半導体リレーが提案されている。この特許文献１に開示される発明では、高オフ耐圧、低オン抵抗、高オフ容量の半導体リレーと、低オフ耐圧、低オン抵抗、低オフ容量の半導体リレーの二つの半導体リレーを直列に接続することにより、高オフ耐圧、低オン抵抗で低オフ容量の半導体リレーを提案している。
【０００５】
また、特許文献２に開示される半導体リレーを利用したスキャナの技術が提案されている。この特許文献２に開示される発明では、MOSFETのソースをバッファアンプを介してアースと接続することにより、浮遊容量を小さく且つその変動を小さくして、測定に与える悪影響を防止しようとしている。
【０００６】
このように半導体リレーは、多種多様な用途に利用されているが、特許文献１のように半導体リレーの接続に創意工夫を施したり、又は、特許文献２にように半導体リレーとバッファアンプの接続に創意工夫を施したりすることで、その効果を創出するものはあったが、二つのMOSFETの関係に着想した発明は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８９４１０号公報
【特許文献２】特開平９−２６４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、光信号を用いる半導体リレーにおける二つのMOSFETの関係に着想し、その好適な利用を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、入力素子に発光ダイオードを備えるとともに出力素子に二つのトランジスタを備える半導体リレーであって、前記二つのトランジスタが、相違する耐電圧及び／又は相違する電気容量を有することを特徴とする半導体リレーを提供する。
請求項２記載の発明は、一方の前記トランジスタが、他方の前記トランジスタより、高耐電圧及び／又は高電気容量であることを特徴とする請求項１記載の半導体リレーを提供する。
請求項３記載の発明は、基準電位又は基準電位に近い電位に接続されるドレインを有する他方のトランジスタと、前記基準電位又は前記基準電位に近い電位よりも高い電位に接続されるドレインを有する一方のトランジスタを備えてなる請求項１又は２に記載の半導体リレーを提供する。
請求項４記載の発明は、被測定物の電気的特性を測定するための測定装置であって、前記被測定物に電力を供給する電源手段と、前記被測定物の電気的特性を検出する検出手段と、前記電源手段の供給する電力値と前記検出手段が検出する検出値を用いて、前記被測定物の電気的特性を算出する算出手段と、前記被測定物の一端と、前記電源手段の上流側端子を接続する第一接続端子と、前記被測定物の他端と、前記検出手段の上流側端子を接続する第二接続端子とを有し、前記第二接続端子が、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載される半導体リレーであることを特徴とする測定装置を提供する。
これらの発明を提供することによって、上記課題を悉く解決する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、二つのトランジスタが相違する耐電圧及び／又は相違する電気容量を有するので、従来の半導体リレーに対して、高オン耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の半導体リレーを提供することができる。また、このような半導体リレーは、理想的なスイッチ素子として利用することができる。
請求項２記載の発明によれば、一方のトランジスタが他方のトランジスタに比べ、高耐電圧及び／又は高電気容量であるので、一方のトランジスタを高い耐圧側に接続し、他方のトランジスタを低い耐圧側に接続して用いることのできる半導体リレーを提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、基準電位又は基準電位に近い電位に接続されるドレインを有する他方のMOSFETと、基準電位又は前記基準電位に近い電位よりも高い電位に接続されるドレインを有する一方のトランジスタが備えられているので、高耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の半導体リレーを提供することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３いずれかに記載の半導体リレーを検出手段と被測定物を電気的に接続するための接続端子として利用するので、高オン耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の理想的なスイッチ素子として機能することができる。このため、測定装置の測定時間を短縮することができる。
また、複数の被測定物を接続端子の切り替えにより測定対象を次々変更させる測定装置では、検出手段を被測定対象に接続すべく、複数の接続端子が必要となるが、従来の半導体リレーよりも廉価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る半導体リレーの一実施形態を示す内部ブロック図である。
【図２】本発明に係る測定装置の概略構成図である。
【図３】図２で示される測定装置の概略構成図の一部拡大図である。
【図４】従来の半導体リレーの一実施形態を示す内部ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明にかかる半導体リレー１０のブロック図である。本発明の半導体リレー１０は、発光ダイオード１１と、受光素子（図示せず）、第一トランジスタ１２、第二トランジスタ１３を備えてなる。
【００１４】
発光ダイオード１１は、入力端子ｉｎから入力される信号電流により発光する機能を有する。発光ダイオード１１は、上記の如き発光機能を有するものであれば適宜採用することができる。
【００１５】
受光素子は、発光ダイオード１１の発光を受光し、この受光に応じて電圧を生じる機能を有する。この受光素子は、例えば、光電素子や太陽電池セルを採用することができる。この受光素子は、発光ダイオード１１からの光を受光すると電圧を生じさせ、後述する第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３へ供給する。なお、受光素子は、第一トランジスタ１２のゲート１２Ｇと、第二トランジスタのゲート１３Ｇに接続される。
【００１６】
第一トランジスタ１２は、電界効果トランジスタであり、特に、金属酸化膜半導体の電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor：MOSFET)を採用することができる。このため、受光素子からの電圧を受けた場合、第一トランジスタ１２のゲート１２Ｇとソース１２Ｓ間に電圧が生じることになる。
【００１７】
第二トランジスタ１３は、電界効果トランジスタであり、特に、金属酸化膜半導体の電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor：MOSFET)を採用することができる。このため、受光素子からの電圧を受けた場合、第二トランジスタ１３のゲート１３Ｇとソース１３Ｓ間に電圧が生じることになる。
【００１８】
第一トランジスタ１２のゲート１２Ｇとソース１２Ｓと、第二トランジスタ１３のゲート１３Ｇとソース１３Ｓ間に電圧が生じると、第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３とが導通状態となり、第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄが導通されることになる。
第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄが導通されると、半導体リレー１０の出力端子ｏｕｔとして出力されることになる。
【００１９】
このように、入力端子ｉｎから信号電流が供給されると、発光ダイオード１１が発光し、この発光を受光素子が受光し電圧を生じ、この電圧を第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３が受けてゲートＧ・ソースＳ間に電圧が生じ、第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと第二トランジスタのドレイン１３Ｄが導通し、出力端子ｏｕｔが導通することになる。
【００２０】
また、入力端子ｉｎからの信号電流が停止されると、発光ダイオード１１の発光が止まる。発光ダイオード１１の発光が止まると、受光素子は光を受光しなくなるので電圧が下がる。このとき、第一トランジスタ１２のゲート１２Ｇと第二トランジスタ１３のゲート１３Ｇに供給されていた電圧が供給されなくなるため、ゲート１２Ｇ・ソース１２Ｓ間とゲート１３Ｇ・ソース１３Ｓ間の夫々の電圧が速やかに下がることになる。そうすると、第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄの導通が遮断されることになる。
【００２１】
本発明の半導体リレー１０の第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３は、相違する耐電圧に形成されている。
本実施形態では、第一トランジスタ１２が、第二トランジスタ１３よりも高耐電圧に形成されている。
スイッチ素子のような半導体リレーとして用いる場合には、高電圧に印加される一方端と、低電圧に印加される他方端とを接続する場合に、一方端を第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと接続し、他方端を第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄと接続する。このように半導体リレー１０の第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３を設定することにより、高オン耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の半導体リレー１０として使用することができる。
なお、この耐電圧差は、特に限定されるものではないが、一方端に２００〜３００Ｖが設定され、他方端に基準電位（０〜２０Ｖ）が設定されるような場合に好適に利用することができる。
【００２２】
また、第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３は、相違する電気容量を有するように形成されることもできる。
本実施形態では、第一トランジスタ１２が、第二トランジスタ１３よりも高い電気容量を有するように形成されている。
このような場合であって、スイッチ素子のような半導体リレーとして用いる場合に、高電圧に印加される一方端と、低電圧に印加される他方端とを接続する場合に、一方端を第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄと接続し、他方端を第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄと接続する。このように半導体リレー１０の第一トランジスタ１２と第二トランジスタ１３を設定することにより、高オン耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の半導体リレー１０として使用することができる。
【００２３】
本発明の半導体リレー１０は、上記の如く、高電位の一端とその高電位に比して低電位となる他端とを接続する場合に用いることができるが、低電位が基準電位に設定されるとき又は、基準電位に近い電位（基準電位から±３０Ｖ程度の範囲、例えば、低電位が２０Ｖ）に設定されるときに、高電位がその低電位よりも数倍〜数十倍に設定される（例えば、高電位が２５０Ｖ）場合に、このような高電位の一端と低電位の他端とを接続する際にも好適に使用することができる。
この場合、第一トランジスタ１２のドレイン１２Ｄが高電位側の一端と接続され、第二トランジスタ１３のドレイン１３Ｄが低電位側の他端と接続されることになる。
以上が、本発明の半導体リレーの構成と動作の説明である。
【００２４】
次に、本発明にかかる半導体リレーを用いる測定装置５について説明する。
この測定装置５は、被測定物Ｒの電気的特性（例えば、抵抗値）を測定するための装置である。この測定装置５は、電源手段５１、検出手段５２、算出手段（図示せず）、第一接続端子５３、第二接続端子５４、複数の接触子Ｐを有している。
なお、図２で示される実施形態では、一つの被測定物Ｒが示され、その被測定物Ｒの両端部（一端部Ｒ１、他端部Ｒ２）に夫々接触子Ｐ（接触子Ｐ１と接触子Ｐ２）が示されている。この図２は、動作原理を説明するための図であり、実際には、複数（数百〜数千）の被測定物が存在するとともに、これら被測定物の両端に夫々接触子Ｐが配置され、電源手段５１や検出手段５２が、第一接続端子５３及び第二接続端子５４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、被測定物Ｒの電気的特性が測定されることになる。
【００２５】
電源手段５１は、被測定物Ｒに測定に必要な電力を供給する。この電源手段５１は、電気的特性を測定するために、所定の電圧を印加することのできる電源を採用することができる。このような電源手段５１として、例えば、定電流電源を用いることができる。
被測定物Ｒを測定する場合には、電源手段５１の上流側端子が被測定物Ｒの一端部Ｒ１に電気的に接続され、電源手段５１の下流側端子が被測定物Ｒの他端部Ｒ２に、検出手段５２を介して電気的に接続される。
【００２６】
検出手段５２は、被測定物Ｒの電気的特性を検出する。この検出手段５２は、被測定物Ｒの電気的特性を検出することができるが、被測定物Ｒを流れる電流を検出することができる電流計を採用することができる。
被測定物Ｒを測定する場合には、この検出手段５２の上流側端子が被測定物Ｒの他端部Ｒ２と電気的に接続され（電源手段５１と直列接続される）、検出手段５２の下流側端子が電源手段５１の下流側端子と電気的に接続される。
【００２７】
算出手段は、電源手段５１の供給する電力値と検出手段５２が検出する検出値を用いて、被測定物Ｒの電気的特性を算出する。より具体的に、この算出手段は、電源手段５１の供給する電圧値（Ｖ）と、検出手段５２が検出する電流値（Ｉ）を基に、被測定物Ｒの抵抗値（Ｒ）を算出することになる。この算出手段は、これらの電圧値と電流値を、オームの法則を用いて、抵抗値を算出するように処理されることになる。
【００２８】
第一接続端子５３は、被測定物Ｒの一端部Ｒ１と、電源手段５１の上流側端子を接続する。この第一接続端子５３は、後述する接触子Ｐ一本に対して一つ配置される。このため、測定対象となる被測定物Ｒにのみ、電源手段５１が電気的に接続されるように第一接続端子５３が動作することになる。より具体的には、測定対象となる被測定物Ｒに電源手段５１を接続させるため、当該被測定物Ｒの第一接続端子５３のみがＯＮ状態となり、電源手段５１と電気的に接続されることになる。また、一方で、測定対象ではない被測定物とは電源手段５１が電気的に接続されないように、測定対象でない被測定物と電気的に接続可能となる第一接続端子５３はＯＦＦ状態となる。
上記のような第一接続端子５３のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことにより、所望する被測定物Ｒにのみ電源手段５１の電力が供給されるように調整される。
【００２９】
図２の実施形態では、電源手段５１の上流側端子が被測定物Ｒの一端部Ｒ１と電気的に接続可能な第一接続端子５３ａと、電源手段５１の上流側端子が被測定物Ｒの他端部Ｒ２と電気的に接続可能な第一接続端子５３ｂとが示されている。この実施形態では、被測定物Ｒの両端部いずれも電源手段５１の上流側端子と接続することができように設定されている。なお、複数の被測定物Ｒが存在している場合には、所望する被測定物Ｒの所定の部位に電源手段５１の上流側端子が接続することができるように配置される。
【００３０】
第二接続端子５４は、被測定物Ｒの他端部Ｒ２と、検出手段５２の上流側端子を接続する。この第二接続端子５４は、後述する接触子Ｐ一本に対して一つ配置される。このため、測定対象となる被測定物Ｒにのみ、検出手段５２が電気的に接続されるように第二接続端子５４が動作することになる。より具体的には、測定対象となる被測定物Ｒに検出手段５２が接続されるため、当該被測定物Ｒの第二接続端子５３のみがＯＮ状態となり、検出手段５２と電気的に接続されることになる。また、一方で、測定対象ではない被測定物とは検出手段５２が電気的に接続されないように、測定対象でない被測定物と電気的に接続可能となる第二接続端子５４はＯＦＦ状態となる。
上記のような第二接続端子５４のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことにより、所望する被測定物Ｒにのみ検出手段５２の電力が供給されるように調整される。
【００３１】
図２の実施形態では、検出手段５２の上流側端子が被測定物Ｒの一端部Ｒ１と電気的に接続可能な第二接続端子５４ａと、検出手段５２の上流側端子が被測定物Ｒの他端部Ｒ２と電気的に接続可能な第二接続端子５４ｂとが示されている。この実施形態では、被測定物Ｒの両端部いずれも検出手段５２の上流側端子と接続することができように設定されている。なお、複数の被測定物Ｒが存在している場合には、所望する被測定物Ｒの所定の部位に検出手段５２の上流側端子が接続する（電源手段５１、被測定物Ｒ、検出手段５２が直列接続される）ことができるように配置される。
【００３２】
図３は、図２の実施形態で示される測定装置５の一部拡大図である。第二接続端子５４ｂの周囲を拡大して示したものである。
この第二接続端子５４が接続される両端は、一方端が電源手段５１の上流側端子からの電力の影響を受け高電位になるに対して、他方端が電源手段５１の下流側端子及び／又は基準電圧Ｖ０を受けて低電位（又は基準電位）になることになる（図２及び図３参照）。
このため、上記説明した如く、高電位の一方端と低電位の他方端を接続するに好適な本発明の半導体リレー１０を利用することができる。
【００３３】
この第二接続端子５４に半導体リレー１０を用いることにより、理想的なスイッチ素子として利用することができるので、高オン耐圧、低オン抵抗且つ低オフ容量の理想的なスイッチ素子として機能することができる。このため、測定装置の測定時間を短縮することができる。
【００３４】
接触子Ｐは、被測定物Ｒに設定される所定の測定点（図２で示される一方端Ｒ１や他方端Ｒ２）に対して、電気的に接続されることになる。この接触子Ｐは、例えば、導電性を有する針形状のものや、導電性のコイルばねを利用するものを例示することができる。
なお、図２実施形態では、被測定物Ｒの一端部Ｒ１に接触子Ｐ１が導通接触されており、被測定物Ｒの他端部Ｒ２に接触子Ｐ２が導通接触されている。
以上が本発明に係る半導体リレーを用いた測定装置の説明である。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・・半導体リレー
１１・・・・発光ダイオード
１２・・・・トランジスタ（第一トランジスタ）
１２Ｄ・・・第一トランジスタのドレイン
１３・・・・トランジスタ（第二トランジスタ）
１３Ｄ・・・第二トランジスタのドレイン
５・・・・・測定装置
５１・・・・電源手段
５２・・・・検出手段
５３・・・・第一接続端子
５４・・・・第二接続端子
１００・・・従来の半導体リレー
Ｒ・・・・・被測定物
【図１】
2013046273.tif 000003
【図２】
2013046273.tif 000004
【図３】
2013046273.tif 000005
【図４】
2013046273.tif 000006